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实践 探究红外测温仪
跨学科实践
√答案 P72
项目背景 红外测温仪是如何测量温度的？下面我们一起来探索。
活动任务一 了解红外测温仪的工作原理
1 如图是一款医用红外测温仪原理图。
图中(1)为红外温度传感器，它将检测到的人体辐射的红外辐射能量转换成电信号，转换后的电信号被发送到主控制CPU中进行处理。图中(2)为超声波传感器，用来测量红外温度传感器到人体间的距离。图中(3)为环境温度传感器，用来测量周围背景的环境温度。图中(4)为主控芯片，可以很快地处理大量的数据。图中(5)为PC机，它将记录好的实验数据经过分类整理后输入到计算科学软件中，对采集到的红外数据进行处理。
请根据上述材料，回答下列问题：
(1)有人担心红外测温仪的红外线对人体有伤害。与遥控器发出红外线机理
(2)人体的正常体温在36~37 ℃之间，辐射的红外波长约9~13 μm。在此区间人体放射的红外线的频率范围约为
活动任务二 了解温度计发展历程
2 (1)1593年，伽利略温度计：如图甲所示，当外界空气温度改变时，管中水柱的位置就会发生对应的改变，粗略反映空气的温度变化。
(2)1867年，现代水银体温计(如图乙)：目前仍广泛用于医疗领域和普通家庭，测量时只用玻璃泡与人体充分接触，5 min后取出读数。具有准确度高、价格低廉、无需外接电源等优点。
(3)1929年，红外热成像仪(如图丙)：有温度的物体会向外辐射能量，通过灵敏的元件捕捉这些能量的差异，并通过计算机处理成图像显示；广泛用于商场、车站等人流量大的区域，可同时实时监测多人的体温。
①伽利略温度计通过观察细管内液面的高度变化来判断外界温度的变化。当外界温度下降时，管内的液面会
②分析上述测量工具的有关信息，判断下列观点正确的有
A. 三种温度计依据的原理都是物体的热胀冷缩
B. 新产品的发明往往需要以科学原理为基础
C. 新型的温度计总是比旧的更精确
D. 技术的改进可以提高我们的测量效率
E. 不同的任务需要不同的测量工具
跨学科实践
√答案 P72
项目背景 红外测温仪是如何测量温度的？下面我们一起来探索。
活动任务一 了解红外测温仪的工作原理
1 如图是一款医用红外测温仪原理图。
图中(1)为红外温度传感器，它将检测到的人体辐射的红外辐射能量转换成电信号，转换后的电信号被发送到主控制CPU中进行处理。图中(2)为超声波传感器，用来测量红外温度传感器到人体间的距离。图中(3)为环境温度传感器，用来测量周围背景的环境温度。图中(4)为主控芯片，可以很快地处理大量的数据。图中(5)为PC机，它将记录好的实验数据经过分类整理后输入到计算科学软件中，对采集到的红外数据进行处理。
请根据上述材料，回答下列问题：
(1)有人担心红外测温仪的红外线对人体有伤害。与遥控器发出红外线机理
不同
(填“相同”或“不同”)，红外测温仪利用的是人体自身发出的红外线，而不是体温枪自身发出的，因此它对人体没有伤害。(2)人体的正常体温在36~37 ℃之间，辐射的红外波长约9~13 μm。在此区间人体放射的红外线的频率范围约为
2.3×10¹³ ~ 3.3×10¹³
Hz。活动任务二 了解温度计发展历程
2 (1)1593年，伽利略温度计：如图甲所示，当外界空气温度改变时，管中水柱的位置就会发生对应的改变，粗略反映空气的温度变化。
(2)1867年，现代水银体温计(如图乙)：目前仍广泛用于医疗领域和普通家庭，测量时只用玻璃泡与人体充分接触，5 min后取出读数。具有准确度高、价格低廉、无需外接电源等优点。
(3)1929年，红外热成像仪(如图丙)：有温度的物体会向外辐射能量，通过灵敏的元件捕捉这些能量的差异，并通过计算机处理成图像显示；广泛用于商场、车站等人流量大的区域，可同时实时监测多人的体温。
①伽利略温度计通过观察细管内液面的高度变化来判断外界温度的变化。当外界温度下降时，管内的液面会
上升
；②分析上述测量工具的有关信息，判断下列观点正确的有
BDE
(多选)。A. 三种温度计依据的原理都是物体的热胀冷缩
B. 新产品的发明往往需要以科学原理为基础
C. 新型的温度计总是比旧的更精确
D. 技术的改进可以提高我们的测量效率
E. 不同的任务需要不同的测量工具
答案
1 【答案】 (1)不同 (2)2.3×10¹³ ~ 3.3×10¹³
【解析】 (1)测温仪是通过接收人体表面辐射出来的红外线来测温的,遥控器是通过发出不同的红外线来遥控的,所以红外测温仪与遥控器发出红外线机理不同。
(2)由λ = c/ν可知,当红外线波长约9 μm时,人体辐射的红外线的频率ν₁ = c/λ₁ = 3×10⁸ m/s / 9×10⁻⁶ m ≈3.3×10¹³ Hz,当红外线波长约13 μm 时,人体辐射的红外线的频率 ν₂ = c/λ₂ = 3×10⁸ m/s / 13×10⁻⁶ m ≈2.3×10¹³ Hz,则人体辐射的红外线的频率范围约为2.3×10¹³ ~ 3.3×10¹³ Hz。
2 【答案】 (3)①上升 ②BDE
【解析】 (3)①外界温度下降时,玻璃泡中的气体体积减小,压强减小,水在大气压的作用下进入玻璃管,液面会上升。
②伽利略温度计和水银温度计利用了物质的热胀冷缩来测温,红外线成像仪是利用感知不同温度的物体辐射出不同波长的红外线来测温、成像的,故A错误;每一个产品的发明都要基于一定的科学原理,故B正确;不同的温度计依据不同的原理和器材制作,其精度与应用环境不同,但并不一定新型的温度计就更精确,故C错误;改进测量技术,可以提高测量效率,如普通的体温计测体温时费时费力,效率很低,利用红外成像仪可以同时为好多人测量体温,且测量过程很短,效率很高,故D正确;测量工具的量程、精度、测量原理或方式决定了它所适用的场合,故E正确。故选BDE。
【解析】 (1)测温仪是通过接收人体表面辐射出来的红外线来测温的,遥控器是通过发出不同的红外线来遥控的,所以红外测温仪与遥控器发出红外线机理不同。
(2)由λ = c/ν可知,当红外线波长约9 μm时,人体辐射的红外线的频率ν₁ = c/λ₁ = 3×10⁸ m/s / 9×10⁻⁶ m ≈3.3×10¹³ Hz,当红外线波长约13 μm 时,人体辐射的红外线的频率 ν₂ = c/λ₂ = 3×10⁸ m/s / 13×10⁻⁶ m ≈2.3×10¹³ Hz,则人体辐射的红外线的频率范围约为2.3×10¹³ ~ 3.3×10¹³ Hz。
2 【答案】 (3)①上升 ②BDE
【解析】 (3)①外界温度下降时,玻璃泡中的气体体积减小,压强减小,水在大气压的作用下进入玻璃管,液面会上升。
②伽利略温度计和水银温度计利用了物质的热胀冷缩来测温,红外线成像仪是利用感知不同温度的物体辐射出不同波长的红外线来测温、成像的,故A错误;每一个产品的发明都要基于一定的科学原理,故B正确;不同的温度计依据不同的原理和器材制作,其精度与应用环境不同,但并不一定新型的温度计就更精确,故C错误;改进测量技术,可以提高测量效率,如普通的体温计测体温时费时费力,效率很低,利用红外成像仪可以同时为好多人测量体温,且测量过程很短,效率很高,故D正确;测量工具的量程、精度、测量原理或方式决定了它所适用的场合,故E正确。故选BDE。
解析
【分析】
本题围绕红外测温仪和温度计发展历程展开，需结合材料信息及物理知识分析各问题：
1. 第1题（1）需明确红外测温仪与遥控器红外线的来源差异，判断机理是否相同；
2. 第1题（2）利用电磁波波速、波长、频率的关系$c=λ f$，代入波长计算频率范围，注意单位换算；
3. 第2题①根据伽利略温度计的气体热胀冷缩原理，分析温度下降时内部气体压强变化，判断液面变化；
4. 第2题②需逐一分析选项，结合不同温度计的原理、特点判断观点的正确性。
【解析】
1. 第1题（1）：红外测温仪是接收人体自身辐射的红外线来测温，遥控器是自身主动发出红外线实现遥控，二者红外线产生的机理不同，故填“不同”。
2. 第1题（2）：根据电磁波公式$c=λ f$（$c$为光速，取$3×10^8 m/s$），频率$f=\frac{c}{λ}$。当$λ_1=9μm=9×10^{-6} m$时，$f_1=\frac{3×10^8}{9×10^{-6}}≈3.3×10^{13} Hz$；当$λ_2=13μm=13×10^{-6} m$时，$f_2=\frac{3×10^8}{13×10^{-6}}≈2.3×10^{13} Hz$，故频率范围为$2.3×10^{13} ~ 3.3×10^{13} Hz$。
3. 第2题①：伽利略温度计利用气体热胀冷缩原理，外界温度下降时，玻璃泡内气体收缩，内部压强减小，外界大气压将水压入细管，因此管内液面上升。
4. 第2题②：逐一分析选项：
A选项：伽利略温度计和水银温度计利用热胀冷缩，红外热成像仪利用物体辐射红外线的差异，原理不同，A错误；
B选项：新产品的发明需以科学原理为基础，B正确；
C选项：新型温度计不一定更精确，精度与适用场景相关，C错误；
D选项：技术改进可提升测量效率（如红外成像仪可同时测多人），D正确；
E选项：不同任务需不同测量工具，E正确；
故正确选项为BDE。
【答案】
1 (1)不同；(2)$2.3×10^{13} ~ 3.3×10^{13}$
2 ①上升；②BDE
【知识点】
红外线的应用；电磁波的波速、波长与频率的关系；温度计的原理
【点评】
本题为跨学科实践题，结合红外测温仪、温度计发展的实际场景，考查学生对相关物理知识的理解与应用，需结合材料信息分析问题，注重知识迁移，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕红外测温仪和温度计发展历程展开，需结合材料信息及物理知识分析各问题：
1. 第1题（1）需明确红外测温仪与遥控器红外线的来源差异，判断机理是否相同；
2. 第1题（2）利用电磁波波速、波长、频率的关系$c=λ f$，代入波长计算频率范围，注意单位换算；
3. 第2题①根据伽利略温度计的气体热胀冷缩原理，分析温度下降时内部气体压强变化，判断液面变化；
4. 第2题②需逐一分析选项，结合不同温度计的原理、特点判断观点的正确性。
【解析】
1. 第1题（1）：红外测温仪是接收人体自身辐射的红外线来测温，遥控器是自身主动发出红外线实现遥控，二者红外线产生的机理不同，故填“不同”。
2. 第1题（2）：根据电磁波公式$c=λ f$（$c$为光速，取$3×10^8 m/s$），频率$f=\frac{c}{λ}$。当$λ_1=9μm=9×10^{-6} m$时，$f_1=\frac{3×10^8}{9×10^{-6}}≈3.3×10^{13} Hz$；当$λ_2=13μm=13×10^{-6} m$时，$f_2=\frac{3×10^8}{13×10^{-6}}≈2.3×10^{13} Hz$，故频率范围为$2.3×10^{13} ~ 3.3×10^{13} Hz$。
3. 第2题①：伽利略温度计利用气体热胀冷缩原理，外界温度下降时，玻璃泡内气体收缩，内部压强减小，外界大气压将水压入细管，因此管内液面上升。
4. 第2题②：逐一分析选项：
A选项：伽利略温度计和水银温度计利用热胀冷缩，红外热成像仪利用物体辐射红外线的差异，原理不同，A错误；
B选项：新产品的发明需以科学原理为基础，B正确；
C选项：新型温度计不一定更精确，精度与适用场景相关，C错误；
D选项：技术改进可提升测量效率（如红外成像仪可同时测多人），D正确；
E选项：不同任务需不同测量工具，E正确；
故正确选项为BDE。
【答案】
1 (1)不同；(2)$2.3×10^{13} ~ 3.3×10^{13}$
2 ①上升；②BDE
【知识点】
红外线的应用；电磁波的波速、波长与频率的关系；温度计的原理
【点评】
本题为跨学科实践题，结合红外测温仪、温度计发展的实际场景，考查学生对相关物理知识的理解与应用，需结合材料信息分析问题，注重知识迁移，难度适中。
【难度系数】
0.6
